4.3 Питомий електричний опір гірських порід різних генетичних типів і складу

Магматичні і метаморфічні породи. Питомий електричний опір магматичних і метаморфічних порід у природних умовах залягання залежить від ряду факторів. Вище рівня ґрунтових вод породи характеризуються гігроскопічною вологістю; їхній опір досягає 10³—10⁶ Омм. Спостерігаються значні коливання опору порід у залежності від кліматичних умов. Нижче рівня ґрунтових вод водообільність кристалічних порід визначається наявністю в них зв'язаних (капілярних) і вільних (гравітаційних) вод. Капілярна вологість характерна для непорушених масивів і товщ, головним чином, нижче зони вивітрювання. Вільні гравітаційні води в складчастих областях і древніх щитах є тріщинно-жильними; вони підрозділяються на тріщинні води зони вивітрювання (до 100 м), жильні води (до 1—2 км) і тріщинно-карстові.

1 — глинисті сланці і пісковики ; 2 — діорити; 3 — вапняки;

4 — граніти; 5 — графітизація й вуглефікація порід

Рисунок 4.9 Диференціація гірських порід за електричним опором (симетричне електропрофілювання АВ=600 м, А'В'=400 м, район Примор'я, по М.Г.Ілаєву).

Для магматичних і метаморфічних порід з капілярною вологістю характеристика питомого електричного опору, отримана в результаті вимірів у водонасичених зразках, приведена вище. При розвитку тільки зв'язаних капілярних вод різні групи магматичних і метаморфічних порід відрізняються за питомим електричним опором за рахунок їхньої різної пористості і вологості.

Диференціація за опором характерна також і для ефузивних порід.

Питомий опір кристалічних порід, обводнених тріщинно-жильними водами, у кілька разів менше опору тих же порід у непорушених масивах.

Для різних районів величина питомого опору порід у зоні розвитку тріщиних вод неоднакова в зв'язку з різною інтенсивністю процесу вивітрювання і відмінністю в ступені мінералізації вод. У більшості випадків опір порід складає десятки чи сотні Омм. У гранітах і граніто-гнейсах знижений опір визначається, крім того, їхньою каолінізацією, широко розвинутої у корі вивітрювання. У межах окремих районів інтрузивні породи можуть відрізнятися за питомим опором у випадку неоднакового ступеня їх тріщинуватості (наприклад, граніти і габро). Опір одних і тих же порід зазвичай значно змінюється по площі.

Питомий опір порід, що залягають нижче зони вивітрювання, визначається переважно їхньою капілярною вологістю, а на ділянках розвитку жильних вод — цими водами. Зниження опору порід характерно як для великих зон тектонічних розломів, так і окремих тріщин.

У зв'язку з розходженням у мінералізації природних вод опір однотипних порід у різних районах неоднаковий. Спостерігається регіональне підвищення мінералізації вод від північних районів до південних аридних областей. На Українському щиті мінералізація вод на півночі 0,5 г/л і зростає на південь до 1 г/л; в Азовському масиві — 1—3 г/л і збільшується з глибиною до 2— 4 г/л. Тому більш високі значення питомого опору порід характерні для північних районів.

В окремих районах встановлена залежність мінералізації вод від ландшафту місцевості. При рівнинному ландшафті швидко міняються сольовий склад і ступінь мінералізації вод по площі й у розрізі, відповідно питомий опір порід міняється в широких межах. Для середнього ландшафту характерні переважно прісні води з мінералізацією 0,1—0,5 г/л. Рідше зустрічаються води з мінералізацією до 6—8 г/л. З високогірним ландшафтом зв'язані дуже прісні і прісні води з мінералізацією 0,02—0,5 г/л. Питомий електричний опір порід, що складають гірські масиви, найбільш високий. У межах рудних родовищ ступінь мінералізації вод вище, ніж у регіонально-розповсюджених породах

Таблиця 4.4

Питомий електричний опір (в Омм) магматичних і метаморфічних порід

(по літературним і фондовим даним)

Порода	Виміри на зразках		Виміру за допомогою ВЕЗ і каротажу в породах
	з гігроскопічною вологістю	з максимальною капілярною вологістю	з максимальною капілярною вологістю	з вкрапленням рудних мінералів, графіту, вологістю вуглистої речовини
Граніт, гранодіорит	1106 - 8107	1103 - 1104	1103 -2104	10 - 5103
Сієнит, діорит кварцовий, діорит, габро	1106 - 3107	2103 - 2105	-	50 - 5103
Піроксеніт, перидотит	1106 - 1107	1105 - 1106	-	10 - 1103
Порфир кварцовий	5104 - 1106	1103 - 1104	1103 - 5104	50 - 1103
Порфірит	5104 - 5105	1103 - 5104	1103 - 5104	-
Діабаз	5104 - 5106	1105 - 1106	-	-
Ліпарит	-	-	1101 - 1103	-

Продовження таблиці 4.4

Порода	Виміри на зразках		Виміру за допомогою ВЕЗ і каротажу в породах
	з гігроскопічною вологістю	з максимальною капілярною вологістю	з максимальною капілярною вологістю	з вкрапленням рудних мінералів, графіту, вологістю вуглистої речовини
Андезит	5103 - 1105	5102 - 1104		1102 - 1103
Базальт	5103 - 1105	5102 - 1105	5102 - 1103	-
Сланець мікрокриста-лічний і кристалічний	5103 - 1105	5102 - 1105	1102 - 4105	50 - 1103
Філіт	1104 - 1105	1103 - 1104	-	10 - 50
Гнейс	1104 - 1105	1103 - 1104	-	10 - 50
Амфіболіт	1106 - 1107	1103 - 1106	1103 - 5103	-
Мармур	1106 - 1107	1105 - 1106	-	-
Кварцит	1106 - 1108	1103 - 1105	-	50 - 1103
Роговик	1106 - 1107	1103 - 1106	-	50 - 1103
Скарн	1106 - 1107	1103 - 1106	-	50 - 1103

Необхідно відзначити, що в межах які знаходяться в експлуатації рудних родовищ у результаті розкриття їх гірськими виробками і порушення природної циркуляції вод рудні води характеризуються значно більш високою мінералізацією (10—20, рідше 100 г/л) у порівнянні з водами не експлуатованих родовищ. Тому опір порід, отриманий у результаті параметричних вимірів на експлуатованих родовищах, може бути значно нижче, ніж опір аналогічних порід у межах нерозкритих родовищ.

Осадові породи. Для осадових порід характерна іонна провідність. Водоносність порід визначається розвитком пластових підземних вод. Особливостями цих вод є: форми їхнього поширення, що наближаються до форми залягання шарів порід; порівняно рівномірний розподіл води в шарах, виразна залежність розподілу води в породі від генезису, характеру шаруватості, складу і залягання породи. Режим підземних вод, сольовий склад, температура й інші характеристики значною мірою залежать від глибини залягання водомістких порід і їхнього зв'язку з денною поверхнею. У складчастих районах поширені прісні води. У напрямку до центральних частин платформ — артезіанських басейнів, з'являються двох-, трох- і чотирохзональні пояси слабосолоноватих (1—3 г/л), сильносолоноватих (3—10 г/л), солоних (10—50 г/л) вод і розсолів (понад 50 г/л).

Вплив гідрогеологічного і гідрохімічного режимів на питомий електричний опір порід різного літологічного складу по-різному. Питомий опір піщано-уламкових порід: алевролітів, пісковиків, піщанистих сланців, конгломератів, насичених порово-пластовими водами, сильно залежить від ступеня мінералізації цих вод. Їхня водонасиченність знаходиться в прямій залежності від пористості, тобто від структури і діагенезу. Однак структура і ступінь діагенезу мають значення для піщано-уламкових порід тільки при однаковому ступені мінералізації. У цьому випадку більш щільні і зцементовані алевроліти і піщаники мають більш високий питомий опір.

У вертикальному розрізі великої товщини осадового покриву платформи при наявності різних гідрохімічних зон основного значення набуває ступінь мінералізації вод. Шари пісковиків і алевролітів у більш глибоких частинах розрізу мають більш низький опір, чим у верхніх горизонтах.

Для карбонатних порід (мергелів, вапняків, доломітів) основне значення мають тріщинно-пластові і карстово-пластові води. Питомий електричний опір цих порід залежить від структури, їхньої тріщинуватості і гідрохімічного режиму вод. Найбільш високий питомий опір мають доломіти і щільні кристалічні вапняки. При закарстованості чи тріщинуватості порід питомий опір визначається мінералізацією вод, він різко знижується зі збільшенням солоності вод. У верхніх частинах розрізів у зв'язку з мінливістю водяного режиму питомий опір карбонатних порід, як правило, також коливається в значних межах. Для шарів вапняків і доломітів, які залягають на більших глибинах, спостерігається порівняно постійний питомий опір.

Для глинистих порід (глин, аргілітів, глинистих сланців), а також для гідрохімічних порід (ангідриту, гіпсу) гідрогеологічний і гідрохімічний режими мають менше значення. Глинисті породи характеризуються низькими і порівняно постійними опорами. Високий питомий опір ангідриту і дуже високий гіпсу також порівняно постійні (таблиця 4.5). Варто сказати, що в окремих районах для порід, що залягають в одній гідрохімічній зоні, ці межі значно вужчі.

Змішана електронно-іонна провідність осадових порід спостерігається в рудних районах. Електронна провідність обумовлюється вкрапленістю сульфідних мінералів і дуже часто графітизацією й вуглефікацією порід. Як правило, у цих випадках значення електронної провідності більше, ніж іонної, і породи характеризуються значно більш низьким опором, чим аналогічні різниці, не збагачені мінералами з електронною провідністю. Питомий опір осадових порід, так само як інтрузивних і метаморфічних, залежить від питомого опору мінералів з електронною провідністю, від характеру вкрапленості цих мінералів і їхньої кількості.

Для шаруватих порід — осадових і метаморфічних (глинисті сланці, кристалічні сланці, гнейси й ін.) —

Таблиця 4.5

Питомий електричний опір (в Омм) осадових гірських порід

Порода	Виміри на зразках з гігроскопічною вологістю	Виміри за допомогою ВЕЗ і каротажу в породах
		насичених прісними і слабосолоноватими водами (до 3 г/л)	насичених со-лоними водами і розсолами	із вкрапленнями рудних мінералів, графіту й вуглистої речовини
Глина	1 • 103—1 • 105	1 • 10—1 • 102	1 — 10	—
Аргіліт	1 • 103—1 • 105	2 • 10—2 • 102	1 — 20	—
Сланець глинис-тий	1 • 103—1 • 105	5 • 10—2 • 102	1 — 50	1 —1 • 102
Алевроліт	1 • 104—1 • 106	2 • 10—2 • 102	5 —1 • 102	1 —1 • 102
Піщаник: пористий	1 • 105—1 • 106	3 • 101—2 • 102	1 — 10	1 —1 • 102
щільний	1 • 105—1 • 106	1 • 102—1 • 103	5 —1 • 102
Конгломерат	1 • 105—1 • 106	1 • 102—1 • 103	5 —1 • 102	—

Продовження таблиці 4.5

Порода	Виміри на зразках з гігроскопічною вологістю	Виміри за допомогою ВЕЗ і каротажу в породах
		насичених прісними і слабосолоноватими водами (до 3 г/л)	насичених со-лоними водами і розсолами	із вкрапленнями рудних мінералів, графіту й вуглистої речовини
Мергель	1 • 104—1 • 105	1 • 102—1 • 103	10 —1 • 102	—
Вапняк: тріщинуватий	1 • 104—1 • 106	1 • 102—1 • 103	50 —1 • 102	1 —1 • 102
повнокриста- лічний	1 • 104—1 • 105	1 • 103—1 • 105	1 • 102—1 • 103	1 —1 • 102
Доломіт	1 • 105—1 • 106	1 • 103—1 • 105	1 • 102—1 • 103	1 —1 • 102
Ангідрит	1 • 104—1 • 105	1 • 103—1 • 105	1 • 102—1 • 104	—
Гіпс	1 • 105—1 • 107	1 • 105—1 • 106	1 • 105—1 • 106	—

спостерігається анізотропія електричного опору; опір  порід вхрест нашарування завжди більший опору || по нашаруванню. Коефіцієнт анізотропії електричного опору _р

. (4.14)

У шаруватих породах він міняється в межах 1,05—1,2.

У розрізі товщ при перешаруванні шарів з високим і низьким опором також спостерігається анізотропія (макроанізотропія); _ досягає значення 1,2—1,4.

Приведені матеріали дозволяють виділити три класи гірських порід, що характеризуються різною природою провідності і величиною (межами зміни) питомого електричного опору.

До першого класу можуть бути віднесені більшість магматичних і метаморфічних порід з ущільненими текстурами, а також катагенізовані пісковики, кристалічні вапняки і доломіти. Їм властива змішана провідність (іонна за рахунок водяних розчинів і напівпровідникова чи діелектрична мінерального кістяка порід) і високий питомий опір. Спостерігається різний опір різних петрографічних і літологічних груп у зв'язку з відмінністю в капілярній вологоємності, що визначається структурно-текстурними особливостями порід.

Другий клас порід складають осадові й ефузивні кайнотипні утворення з пористими текстурами і невисоким опором, зумовленим в основному іонною провідністю вод при різко підлеглому впливі мінерального кістяка. За природою провідності до цього ж класу можуть бути віднесені кристалічні й ущільнені уламкові породи, що залягають у зонах розвитку тріщинно-жильних вод. Для порід першого і другого класів істотна залежність питомого електричного опору від мінералізації порових і пластових вод.

Третій клас складають гірські породи зі зв'язаної вкрапленістю рудних мінералів і графіту, провідність яких в основному електронна, а питомий електричний опір низький. Для кожного класу породи питомий електричний опір визначається на кілька порядків. Однак для окремих регіонів і районів геологічні і гідрогеологічні умови є або витриманими, або підкоряються певним закономірностям зміни по латералі і вертикальному розрізу. Це зумовлює витриманість електричної характеристики петрографічних груд порід, шарів і _: товщ і геоелектричних розрізів на електричний опір може замінюватися значних площах, а також у межах родовищ різних корисних копалин.